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1、u一、实验目的u1学会用控制变量法研究物理规律u2验证牛顿第二定律u3掌握利用图象处理数据的方法u二、实验原理u探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系第第3单元实验：验证牛顿运动定律单元实验：验证牛顿运动定律u三、实验器材u打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺u四、实验步骤u1用天平测出小车和小盘的质量M和M，把数值记录下来u2按照如图所示
2、装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力)u3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡u4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码u5保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为m的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为m，m，的砝码，再重复步骤4.m，m，m的数值都要记录在纸带上(或表格内)u6在每条
3、纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值u7用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比u8保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比u五、数据处理u1把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：u由以上数据画出它的aF关系图象如图所示通过aF关系图象我们可以得出，小车的加速度a与力F成正比u2把
4、不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：u六、误差分析u1测量误差u质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差u2系统误差u本实验中用小盘和砝码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车和砝码受到的拉力要小于小盘和砝码的重力)，存在系统误差小盘和砝码的总质量越接近小车和砝码的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车和砝码的质量，误差就越小u3平衡摩擦力不准造成误差u在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等u七、注意事项u1在平
5、衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动u2整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力u3必须满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量只有如此，小盘和砝码重力才可视为小车受到的拉力u4改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车u5作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧u6作图时两轴标度比例要选择适当各量须采用国际单位这样作图线时，坐标点间距不至于
6、过密，误差会小些u7为提高测量精度，可以采取下列措施：u(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点u(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T0.1秒. u类型一实验原理和实验误差u【例1】在“验证牛顿第二定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出u(1)当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力u(2)一同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码
7、的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与_的图象u(3)如图(a)所示为甲同学根据测量数据作出的aF图线，说明实验存在的问题是_u(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的aF图线如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？u【答案】(1)Mm(2)1/Mu(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够u(4)小车及车上的砝码的总质量不同u类型二实验数据的处理u【例2】(2012年高考大纲全国卷)图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表
8、示在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”图图1 u(1)完成下列实验步骤中的填空：u平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点u按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码u打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m.u按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤.u在每条纸带上点迹清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距s1、s2、.求出与不同m相对应的加速度a.u(2)完成下列填空：u本实验中，为了保证在
9、改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_u设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3.a可用s1、s3和t表示为a_.图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1_mm，s3_mm，由此求得加速度的大小a_m/s2.u图3为所得实验图线的示意图设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_图图2 u类型三实验创新设计u【例3】某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和
10、矿泉水瓶连接在桌面上画出两条平行线 MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数 F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到 PQ处的时间 t.u(1)木板的加速度可以用d、t表示为a_；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)u_.u(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系下列图象能表示该同学实验结果的是()u(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_uA可以改变滑动摩擦力的大小uB可以更方便地获取多组实验数据uC可以比较精确地测出摩擦力的大小uD可以获得更大的加速度以提高实验精度
